石墨烯薄膜及其转移方法技术

本发明专利技术公开一种石墨烯薄膜的转移方法，包括：在直接生长于金属基底上的石墨烯薄膜表面形成辅助转移层，得到辅助转移层/石墨烯薄膜/金属基底复合体；除去所述金属基底，得到辅助转移层/石墨烯薄膜复合体；将所述辅助转移层/石墨烯薄膜复合体的石墨烯薄膜侧面向目标衬底贴合；以及用有机溶剂除去所述辅助转移层；其中所述辅助转移层为聚碳酸丙烯酯层或聚ε

【技术实现步骤摘要】
石墨烯薄膜及其转移方法


[0001]本专利技术属于碳材料领域，具体涉及一种石墨烯薄膜及其转移方法。

技术介绍

[0002]石墨烯(Graphene)是一种前景广阔的材料，尤其在下一代柔性薄膜电子和光电子设备上，例如触摸屏、太阳能电池、有机发光二极管、传感器等领域。然而，与平整的石墨烯不同，褶皱石墨烯克服了平整石墨烯固有延展性的独特特性，增强了表面积和孔隙度，从而可以提高材料的拉伸性能。利用这些优越的性能，褶皱石墨烯在可伸缩柔性器件和纳米流体器件中发挥着重要作用，极大地丰富了二维材料的应用领域。目前，化学气相沉积法(CVD)生长的石墨烯薄膜已经可以做到层数、畴区、形貌等可控的制备。但是想要将石墨烯应用到纳米科学和低维材料制备
，必须将其转移到目标衬底上。石墨烯薄膜的转移作为连接制备与应用的桥梁，是不可或缺的技术手段。
[0003]在石墨烯生长过程中，由于石墨烯与生长基底存在热膨胀系数失配，在生长之后的降温过程中，会由于热应力的释放而形成少量褶皱。由于生长基底不平整，石墨烯的生长会复制基底的粗糙度，在后续的转移过程中导致石墨烯褶皱，但是以上低密度的褶皱不能满足柔性器件的要求。
[0004]传统的转移方法主要有聚合物辅助转移、电化学剥离转移、机械剥离转移等。利用这些方法转移以后的石墨烯，存在着完整度低、洁净度差等问题，严重制约了石墨烯薄膜的优异性能。聚合物辅助转移可以将石墨烯较为完整转移至目标金属基底，但聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等高分子聚合物与石墨烯的相互作用强、不易在溶剂中溶解，石墨烯表面仍有大量的残留，大大增加了石墨烯的表面粗糙度。并且，传统转移方法形成的石墨烯薄膜的褶皱密度也不能满足柔性器件的要求。
[0005]因此，需要提供一种石墨烯转移方法，避免石墨烯表面残胶污染，减小转移后样品表面起伏，同时在转移过程中形成更多的褶皱结构。

技术实现思路

[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种石墨烯薄膜及其转移方法。
[0007]本专利技术一方面提供一种石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜中褶皱密度为每100μm2内50
‑
60条。
[0008]根据本专利技术的一实施方式，所述石墨烯薄膜包含1～10层石墨烯。
[0009]本专利技术另一方面提供一种石墨烯薄膜的转移方法，包括：在直接生长于金属基底上的石墨烯薄膜表面形成辅助转移层，得到辅助转移层/石墨烯薄膜/金属基底复合体；除去所述金属基底，得到辅助转移层/石墨烯薄膜复合体；将所述辅助转移层/石墨烯薄膜复合体的石墨烯薄膜侧面向目标衬底贴合；以及用有机溶剂除去所述辅助转移层；其中所述辅助转移层为聚碳酸丙烯酯层或聚ε
‑
己内酯层。
[0010]根据本专利技术一实施方式，所述金属基底为Cu、Ni、Pt、Ru中的一种或其合金，所述石
墨烯薄膜为1～10层石墨烯。
[0011]根据本专利技术另一实施方式，所述辅助转移层的厚度100nm～50μm；优选，厚度为500nm～5μm。
[0012]根据本专利技术另一实施方式于，采用刻蚀法或电化学鼓泡法除去所述金属基底。
[0013]根据本专利技术另一实施方式，采用刻蚀法除去所述金属基底时，刻蚀液为氯化铁溶液、硝酸铁溶液、过硫酸钠溶液、过硫酸铵溶液、盐酸溶液或硝酸溶液。
[0014]根据本专利技术另一实施方式，采用电化学鼓泡法除去金属基底时，以铂或石墨为阳极、所述金属基底为阴极、电解液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或多种的溶液，所述电解液浓度0.1mol/L～1.5mol/L。
[0015]根据本专利技术另一实施方式，采用所述有机溶剂蒸汽除去所述辅助转移层，所述蒸汽的温度为50
‑
170℃，熏蒸时间为5
‑
15分钟；所述有机溶剂包括乙醇、乙醚、丙酮、甲苯、N
‑
甲基吡咯烷酮中一种或多种。
[0016]本专利技术的石墨烯薄膜的转移方法，利用聚碳酸丙烯酯(PPC)层或聚ε
‑
己内酯(PCL)层转移石墨烯薄膜，由于PPC或PCL与石墨烯表面相互作用弱且易溶于多种有机溶剂，可容易地将其从石墨烯薄膜表面去除而不留下残留，因而可提高石墨烯薄膜表面的洁净度。同时通过转移可获得多褶皱石墨烯薄膜，褶皱密度可达每100μm2内50
‑
60条，显著高于使用PMMA转移得到的石墨烯薄膜褶皱密度(100μm2内5
‑
10条)。
附图说明
[0017]通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。
[0018]图1是本专利技术的石墨烯薄膜的转移方法的流程示意图。
[0019]图2为实施例1中转移的石墨烯的光学显微镜照片。
[0020]图3为实施例1中转移的石墨烯的原子力显微镜照片。
[0021]图4为实施例2中转移到SiO2/Si衬底的石墨烯的光学显微镜照片。
[0022]图5为实施例2中转移的石墨烯的拉曼光谱。
[0023]图6为对比例1转移的石墨烯的光学显微镜照片。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施方式对本专利技术作详细说明。
[0025]本文中所述步骤的标号S1、S2、S3和S4是为了便于区别不同的步骤，不意在限定步骤的顺序和连续性，即其中任何步骤之间还可以包括其他辅助步骤例如清洗、干燥等。本文中“褶皱”是指CVD生长过程、后续的转移导致石墨烯薄膜的形变形成褶皱，即石墨烯薄膜的微观起伏或折叠；“褶皱密度”是指以在光学显微镜或AFM、SEM等仪器下观察到的，100平方微米(实际面积，非放大面积)范围内褶皱的数量。
[0026]如图1所示，本专利技术的石墨烯薄膜的转移方法包括：在直接生长于金属基底上的石墨烯薄膜表面形成辅助转移层，得到辅助转移层/石墨烯薄膜/金属基底复合体；除去金属基底，得到辅助转移层/石墨烯薄膜复合体；将辅助转移层/石墨烯薄膜复合体的石墨烯薄膜侧面向目标衬底贴合；以及用有机溶剂除去辅助转移层。辅助转移层为聚碳酸丙烯酯层
或聚ε
‑
己内酯层。
[0027]在S1步骤中，将直接生长在金属基底上的石墨烯薄膜上形成辅助转移层。石墨烯薄膜可以是通过化学气相沉积法生长于金属基底上。金属基底可以是对石墨烯的起到催化作用的Cu、Ni、Pt、Ru等或其合金的箔片。预转移的石墨烯薄膜可以是1～10层，本领域技术人员可以根据实际的需要选择其中的任意层数，例如2层、3层、4层、5层、6层、7层、8层、9层等。辅助转移层为聚碳酸丙烯酯层或聚ε
‑
己内酯层。在石墨烯薄膜上形成辅助转移层的方式可以是，将聚碳酸丙烯酯或聚ε
‑
己内酯溶解于有机溶剂中形成溶液，将溶液涂覆于石墨烯薄膜上表面，溶剂挥发后形成辅助转移层/石墨烯薄膜/金属基底复合体。涂覆方式可以任何适当的方式，例如旋涂、刮涂、喷涂等。可以根据选择的辅助转移及涂覆方式选择适当的溶剂及溶液的浓度，具体参数不在此限定，本领域技术人员能够理解，形成聚碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯薄膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜中褶皱密度为每100μm2内50
‑
60条。2.根据权利要求1所述的石墨烯薄膜，其特征在于，所述石墨烯薄膜包含1～10层石墨烯。3.一种石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，包括：在直接生长于金属基底上的石墨烯薄膜表面形成辅助转移层，得到辅助转移层/石墨烯薄膜/金属基底复合体；除去所述金属基底，得到辅助转移层/石墨烯薄膜复合体；将所述辅助转移层/石墨烯薄膜复合体的石墨烯薄膜侧面向目标衬底贴合；以及用有机溶剂除去所述辅助转移层；其中所述辅助转移层为聚碳酸丙烯酯层或聚ε
‑
己内酯层。4.按照权利要求3所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，所述金属基底为Cu、Ni、Pt、Ru中的一种或其合金，所述石墨烯薄膜为1～10层石墨烯。5.按照权利要求3所述的石墨烯薄膜的转移方法，其特征在于，所述辅助转移层的厚度100nm～50μm；优选，厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠范，张燕，丁庆杰，宋雨晴，马靖，林立，谢芹，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：